【正文】 設初始條件是：t=0，Z=z0 ，=0，： 式中垂蕩有阻尼圓頻率 垂蕩固有周期為 （） 垂蕩固有周期的近似乎計算： 垂蕩運動的附加質量和船本身的質量是同一數量級，所以可以近似地認為： 船的排水量為：式中：L、B、d船長、船寬、吃水； 方形系數。 水線面面積為：式中：水線面系數。 將、D、代入（）中，得：式中：豎向菱形系數。利用曲線擬合，表示出滑行艇垂蕩固有周期隨吃水的變化： 圖49 滑行艇垂蕩周期吃水變化圖因為垂蕩運動阻尼比較大，所以不能把靜水有阻尼垂蕩周期近似為垂蕩固有周期。 垂蕩運動的無因次衰減系數為：假定：縱搖是微幅的，縱搖運動主要產生的是興波阻尼，因此縱搖阻尼力矩與縱搖角速度成線性關系。慣性力矩： （） 阻尼力矩： （）復原力矩： （）式中：船體縱搖慣性矩； 縱搖附加慣性矩； 縱搖阻尼系數； 垂蕩阻尼系數； 排水量； 水線面面積； 縱搖加速度、速度、縱搖角。根據動平衡原理，可以得到縱搖運動方程： （）上式各項除以，得： （）式中：縱搖衰減系數， （） 縱搖固有頻率 （）解方程（）得： （）式中：有阻尼的縱搖圓頻率，縱搖的無因次衰減系數為：縱搖的固有周期為：式中：R縱穩(wěn)心半徑?？v搖固有周期近似計算：因為縱搖運動的附加質量慣性矩和船本身的質量慣性矩是同一數量級，所以可以近似地認為：所以關鍵在于確定船體本身的質量慣性矩：[15]式中：水線面系數?？v穩(wěn)心半徑R：[15]計算縱搖周期，即當設計吃水時有：由此可知：船舶在靜水中垂蕩運動和縱搖運動的固有周期很接近的。根據受力分析，排水型船在滿足下面兩個平衡條件時，則船的運動狀態(tài)就是穩(wěn)定的：a) 流體壓力在垂直方向的分力應等于艇的重量；b) 流體動壓力之合力的作用點應與艇的重心在同一垂直線上。但是，上面的條件是靜力平衡條件，由于排水型船主要是受流體的靜力作用，而慣性力比重很小，可以忽略。對于滑行艇在滑行狀態(tài)時主要受到流體慣性力的作用，因此僅滿足上述的靜力平衡條件的滑行艇，其運動不一定會穩(wěn)定。嚴格地說，上述縱向運動穩(wěn)定性條件中的受力平衡問題應包括靜浮力和推進器推力在豎直方向的分離作用在內，但由于它們與流體壓力相比均為小量，故一般可以不考慮[16]。 滑行艇在某一航速上出現這種不穩(wěn)定的縱向運動，是由于滑行艇所受到的縱向慣性力太大，而且艇的縱向慣性半徑又很小的結果。一般說來，對于普通滑行艇只有時較易發(fā)生海豚運動。第5章 滑行艇三自由度運動預報為了描述滑行艇的一般運動，根據滑行艇的縱向運動特性，擇于地球的“定系”，固連于滑行艇重心G、隨滑行艇一起運動的“動系”，正方向按右手系的規(guī)定：Gx軸水平指向艇艏部，Gz軸鉛錘向下?；型Эv向轉動角速度為。通過上章幾節(jié)的分析可知，滑行艇這類變排水量船型的推進、升沉和縱搖是相互緊密關聯、不可分割的強耦合運動，所以本論文就先將他們與橫蕩、艏搖、橫搖這3種橫向運動解耦，建立滑行艇縱向運動的耦合數學模型。基于剛體六自由度余東耦合方程組：[17]現不計橫蕩、艏搖、橫搖，則有： （）要求解上式，需要知道等式左邊的質量和轉動慣量。質量就是滑行艇所求工況下的世紀載重量；可要精確地求出轉動慣量是比較困難的，因為它和船艇的結構形式、型線設計、建造材料密度、質量分布、儀器設備的安裝等有著，莫大的關系，本文采用近似的經驗公式來估算對軸的縱搖轉動慣量： （）式中：為滑行艇的長度。要求解式（），還需知道等式右邊的外力（矩）。這些力（矩）包括滑行艇船體、推進器等所受的流體動力。為了簡化研究，本論文將滑行艇在實際流動中所受的水動力分為慣性力和非慣性力，并忽略其相互影響。 作用于滑行艇的慣性類水動力（矩） 由流體力學知道：一物體在理想流體中運動時，其周圍的動量（矩）為： （）式中：為物體作方向平移運動時的水附加質量； 物體作方向平移運動時的水附加質量；為物體繞軸轉動時的水附加轉動慣量。而物體所受的慣性水動力（矩）為： （）將投影代入（），則變?yōu)椋? （）與轉動慣量一樣，附加質量和以及附加轉動慣量的精確計算也非常復雜，所以本論文同樣采用前人用切片法[25]歸納總結出的經驗公式來估算。由于縱向附加質量的數值較之船的質量要小的多，僅為其值的，故近似認為： （）而垂向的附加質量和船體本身的質量是同意數量級的，所以近似認為： （）縱搖的附加轉動慣量也和船體本身的縱搖轉動慣量是同一數量級，一次近似認為： （） 作用于滑行艇的非慣性類水動力（矩）將式（）代入式（），有： （）式中：、為物體所受的非慣性類水動力（矩）。經整理后得： （）在理想情況下運動的物體，其所受的非慣性類水動力（矩）取決于它的形狀和運動情況。對于一艘具體給定的船體來說，其船型已經固定不變了，多以只取決于它的運動情況。（矩）的具體計算考慮滑行艇的推進、升沉和縱搖3個縱向運動，除主船體外，涉及的其他部分還有推進器，風載荷。則按照MMG方程，非慣性類力（矩）應該包含、、將它們各自的投影代入到（），得到： （）上式中的下標H、j、w分別代表主船體（Hull）、噴水推進（jet propulsion）、風（waves）。將 ，，代入方程組，并將等號右邊的各項力（矩）展開，風只考慮在X方向的值，且設為定值Q,噴水推進器推力亦設為定值，為T。整理得： () () ()針對()，結合船舶總阻力為摩擦阻力和剩余阻力之和，即：式中，為摩擦阻力，為剩余阻力。其中且，,。式中，為排水量。利用與u的關系，曲線擬合：假定：；再代入m=1850kg，T=2300N,Q=100N，再利用四階龍格庫塔法，可得曲線：圖51 滑行艇速度時間曲線針對(),假定：，u為常數，得：結合：,式中，,可得： （）利用與5組數據進行擬合：與關系式為：= + + 代入（）中，可得： 進行四階龍格庫塔法運算，另：可得曲線：圖52 滑行艇升沉量時間曲線針對(),即其中，,，利用和之間的關系，進行曲線擬合，得： = 3 + 2 + 進行四階龍格庫塔法運算，可得曲線：圖53 滑行艇縱傾角時間曲線另，滑行艇總阻力和摩擦阻力隨縱傾角變化曲線 圖54滑行艇總阻力和摩擦阻力隨縱傾角變化曲線 從以上幾章中分析可知，隨著滑行艇速度的增加，滑行艇的縱傾角會逐漸增加，隨之，相應的升力也會增加，滑行艇的浮力反而減少，浮力的變化是由排水體積引起的，可知，滑行艇的濕表面積是隨速度增加而減少的，滑行艇的摩擦阻力也就會越來越小，這也與圖（）滑行艇摩擦阻力變化曲線想對應。速度的增加引起的滑行艇縱傾角的增加也在圖（） 滑行艇縱傾角時間曲線反應了出來。這也是滑行艇這類變排水量船的主要運動特性?；型У纳?，浮力，速度之間的相互影響，會促使滑行艇在運動過程中達到一個動平衡狀態(tài)，直到遇到其他外力的擾動。結 論本文在無人艇的設計和性能初步分析方面做了一些工作，主要工作有：一、 針對目前國內外的高速無人艇研究發(fā)展現狀展開了調查研究，并對我國目前滑行艇阻力、穩(wěn)性、耐波性和新艇型的開發(fā)進行簡單的介紹。二、 從任務需求出發(fā)，結合現有條件，利用Maxsurf軟件進行單體滑行艇模型的設計，并對模型進行了流體性能的初步計算分析。三、 進行了推進器的設計，并對噴水推進器的種種要素對各個性能的影響進行了分析。四、 以滑行艇前進、升沉及縱搖運動為目標開展滑行艇流體性能的初步分析。五、 建立了船前進、升沉、縱搖三自由度運動數學模型，開展了滑行艇三自由度運動預報，分析了高速滑行艇運動特點。六、 在參考相關文獻時，完成了關于“開槽船的流體水力性能及其對阻抗的作用”內容的外文翻譯一篇。研究過程中存在的問題以及對未來工作的展望：在對滑行艇模型初步流體性能分析的時候，由于軟件的語言理解的不足，在穩(wěn)性分析方面未能分析的很透徹，以后學習熟練使用maxsurf軟件，在未來的工作中更好地分析船舶性能。在對滑行艇的縱搖和升沉運動分析時，分析程度有所欠缺，未能詳細地分析出這兩種運動狀態(tài)時他們的具體水動力數值。在以后的工作中有待加強。致 謝經過半年的忙碌和工作，本次畢業(yè)設計已經接近尾聲，作為一個本科生的畢業(yè)設計，由于經驗的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒有導師的督促指導，以及一起工作的同學們的支持，想要完成這個設計是難以想象的。 在這里首先要感謝我的導師王志東教授。王老師平日里工作繁多，但在我做畢業(yè)設計的每個階段，從查閱資料到設計再到三自由度預報等整個過程中都給予了我悉心的指導。除了敬佩張老師的專業(yè)水平外，他的治學嚴謹和科學研究的精神也是我永遠學習的榜樣，并將積極影響我今后的學習和工作。 其次要感謝我的同學葛XX對我無私的幫助，特別是在軟件的使用方面，正因為如此我才能順利的完成設計，我要感謝我的母校——江蘇科技大學，是母校給我們提供了優(yōu)良的學習環(huán)境；另外，我還要感謝那些曾給我授過課的每一位老師，是你們教會我專業(yè)知識。在此，我再說一次謝謝！謝謝大家?。?！。參考文獻[1] 周璽、高東華、馬玉林. 無人水面艇在信息戰(zhàn)中的應用. (4)[2]況小梅. .[3]張濟猛．李慧磕．尾升力板及尾嵌形扳對滑行艇性能影響響的預估方法．船舶工程I983(3).[4]董祖舜. 我國對滑行艇、(2)[5] 張儕猛．一種能顯著降低無斷級滑行艇阻力的有效措施．第二屆高速艇學術討論會論文集1984．[6] 張承霞．帶雙楔形艇的流體動升力．船舶工程，1989(2)。[7] 梅毒珍等．滑行艇“導風墊氣”減阻試驗研究．中國造船．1985（4)[8]邵世明．王云才．防濺條對高速捧水量艇航行性能的影響．中國造船．1979(1)[9]．船舶工程1990(5)[10]劉承江、王永生、丁江明. 噴水推進研究綜述. 船舶工程2006(4)[11][12]，[13]朱珉虎．滑行艇水動力計算．中外船舶科技 2004年3月[14]．船舶原理（上冊）．上海交通大學出版社2008年2月[15][16][17]奚煒．滑行艇運動只能控制仿真初步研究[D]．江蘇科技大學碩士學位論文（2006年1